Chiết xuất terpene bằng siêu âm
Chiết xuất terpene bằng siêu âm đã được chứng minh là cho hiệu suất thu hồi terpene caryophyllene oxide cao, chẳng hạn từ cần sa và hoa bia. Caryophyllene oxide là một terpene có trong cần sa, hoa bia, hồ tiêu, húng quế và hương thảo. Là một hợp chất có hoạt tính, terpene caryophyllene oxide được chiết xuất được sử dụng làm phụ gia tạo hương vị và chất bổ sung hỗ trợ sức khỏe.
Ứng dụng của caryophyllene oxide được chiết xuất
Caryophyllene oxide nổi bật với mùi thơm và vị đặc trưng (tức là mùi vị thảo mộc). Nhờ mùi thơm và vị đậm, chất này thường được sử dụng làm phụ gia tạo hương vị trong thực phẩm cũng như thành phần hương liệu. Ngoài ra, chất này còn có khả năng liên kết với các thụ thể nội tiết CB2 trong cơ thể người, khiến nó trở thành một thành phần dược phẩm đáng quan tâm.
Chiết xuất caryophyllene oxide bằng siêu âm
Chiết xuất terpene caryophyllene oxide bằng siêu âm là một kỹ thuật tuyệt vời để đạt hiệu suất thu hồi cao, chẳng hạn từ cần sa và hoa bia. Đọc thêm về hiện tượng xâm thực âm, nguyên lý tác động của quá trình chiết xuất bằng siêu âm!
Ví dụ, β-caryophyllene oxide đã được chiết xuất bằng siêu âm với thiết bị siêu âm UP100H (100W, 30kHz) từ nụ hoa bia khô.
Dữ liệu phân tích GC cho thấy hiệu suất thu hồi β-caryophyllene oxide được chiết xuất bằng thiết bị UP100H của Hielscher từ hoa bia.
UP400St – bộ xử lý siêu âm mạnh mẽ 400W có bộ khuấy để chiết xuất terpene
Phân tích sắc ký khí dịch chiết hoa bia bằng siêu âm: β-caryophyllene oxide, α-caryophyllene, α-pinene, mycrene, limonene, α-caryophylene, caryophyllene oxide và các chất khác.
Ngoài β-caryophyllene oxide, các terpene khác như α-caryophyllene, α-pinene, mycrene, limonene và α-caryophylene, cùng nhiều chất khác, cũng đã được chiết xuất thành công.
Terpene được chiết xuất từ thực vật bằng siêu âm dạng đầu dò như thế nào? Hướng dẫn từng bước!
- Đầu tiên, nguyên liệu thực vật được nghiền hoặc cắt thành các mảnh nhỏ để tăng diện tích bề mặt phục vụ quá trình chiết xuất.
- Sau đó, nguyên liệu thực vật được trộn với dung môi (chẳng hạn ethanol hoặc nước) để chiết xuất terpene.
- Tiếp theo, siêu âm dạng đầu dò được sử dụng để hỗ trợ quá trình chiết xuất bằng cách đưa sóng siêu âm cường độ cao, tần số thấp khoảng 20kHz vào huyền phù. Điều này gây ra hiện tượng xâm thực âm và sự rung động nhanh của dung môi, thúc đẩy sự phân rã và phá vỡ tế bào thực vật cũng như giải phóng terpene.
- Sau đó, hỗn hợp được lọc để tách nguyên liệu thực vật rắn khỏi chất lỏng chứa terpene đã được chiết xuất.
- Tiếp theo, chất lỏng được cho bay hơi hoặc xử lý thêm để loại bỏ dung môi và cô đặc terpene.
- Sản phẩm cuối cùng là dịch chiết giàu terpene có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như thực phẩm bổ sung, thực phẩm chức năng và mỹ phẩm.
Quy trình chiết xuất terpene bằng siêu âm
Hoa bia được nghiền bằng máy xay cà phê thông thường để thu được kích thước hạt đồng đều hơn cho mẫu hoa bia.
Cho 4,5mg hoa bia vào lọ, sau đó thêm 5mL ethanol. Đặt lọ vào cốc có nước đá để tản nhiệt. Sau đó, mẫu được xử lý siêu âm bằng thiết bị UP100H, được trang bị đầu phát siêu âm MS7, với mức biên độ được cài đặt là 50% trong 90sec.
Phân tích sắc ký khí dịch chiết hoa bia bằng siêu âm:
Xử lý siêu âm bảo đảm sự truyền khối mạnh giữa nền tế bào và dung môi, nhờ đó đạt hiệu suất thu hồi dịch chiết chất lượng cao ở mức rất cao.
- dịch chiết terpene chất lượng cao (không bị phân hủy do nhiệt)
- hiệu suất thu hồi cao
- quy trình nhanh
- hoàn vốn đầu tư nhanh
- dung môi dịu nhẹ hơn
- sử dụng ít dung môi hơn
- an toàn và dễ vận hành
- ít cần bảo trì
- chiết xuất terpene xanh, thân thiện với môi trường
Chiết xuất terpene bằng siêu âm nổi bật như một phương pháp chiết xuất xanh, cho phép đẩy nhanh đáng kể quy trình chiết xuất terpene đồng thời cần ít năng lượng hơn các phương pháp chiết xuất thông thường khác (tức là CO2 siêu tới hạn, Soxhlet v.v.). Những ưu điểm khác của việc sử dụng siêu âm để chiết xuất terpene bao gồm dễ thao tác với thiết bị chiết xuất siêu âm, quy trình nhanh, không có chất thải hóa học, hiệu suất thu hồi cao, thân thiện với môi trường, chất lượng được nâng cao nhờ điều kiện xử lý dịu nhẹ và ngăn ngừa sự phân hủy do nhiệt.
Thiết bị chiết xuất siêu âm dành cho terpene
Bảng dưới đây giúp bạn xác định thiết bị siêu âm nào có thể phù hợp nhất với yêu cầu chiết xuất terpene của mình.
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Máy đồng hóa siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Những điều đáng biết
Caryophyllene
Caryophyllene, hay (−)-β-caryophyllene, là một sesquiterpene hai vòng tự nhiên có thể được tìm thấy trong nhiều loại tinh dầu. Các loại thảo mộc sau được biết đến là nguồn cung cấp caryophyllene tốt: cần sa, gai dầu (Cannabis sativa), caraway đen (Carum nigrum), đinh hương (Syzygium aromaticum), hoa bia (Humulus lupulus), húng quế (Ocimum spp.), kinh giới cay (Origanum vulgare), tiêu đen (Piper nigrum), oải hương (Lavandula angustifolia), hương thảo (Rosmarinus officinali) và dầu copaiba (Copaifera spp.). β-caryophyllene là một phytocannabinoid có ái lực mạnh với thụ thể cannabinoid loại 2 (CB 2), nhưng không có ái lực với thụ thể cannabinoid loại 1 (CB 1).
Caryophyllene oxide
Caryophyllene oxide (còn gọi là β-caryophyllene oxide) là dẫn xuất oxy hóa của β-caryophyllene và là chất rắn dạng bột tinh thể màu trắng có điểm nóng chảy khoảng 62°C.
Chất này được đánh giá cao nhờ tác dụng chống viêm, gây tê tại chỗ và chống oxy hóa. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy caryophyllene oxide cũng có thể là một loại thuốc tiềm năng để điều trị ung thư. Caryophyllene oxide là một phần của vòng cyclobutane, vốn đã được sử dụng trong nghiên cứu y học để tổng hợp carboplatin, một loại thuốc hóa trị được sử dụng rộng rãi.
Caryophyllene oxide, trong đó olefin của caryophyllene đã chuyển thành epoxide, là một thành phần được phê duyệt để tạo hương vị thực phẩm.
Cả β-caryophyllene và β-caryophyllene oxide đều có độ tan trong nước thấp, cản trở sự hấp thu của chúng vào tế bào. Để sử dụng các sesquiterpene này làm thuốc hoặc chất bổ sung dinh dưỡng, việc bao gói chúng trong liposome giúp khắc phục độ tan kém của các sesquiterpene này trong chất lỏng nền nước và bảo đảm sinh khả dụng cũng như hoạt tính sinh học. Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về việc bao gói các hợp chất có hoạt tính sinh học bằng siêu âm!
Caryophyllene oxide trong cần sa
Trong cây Cannabis sativa, caryophyllene oxide hiện diện dưới dạng một sesquiterpene gồm ba đơn vị isoprene. Caryophyllene oxide là một trong những terpene có kích thước lớn nhất và hàm lượng dồi dào nhất trong cây cần sa, đồng thời tạo nên hương thơm và mùi đặc trưng của cần sa. Chiết xuất bằng siêu âm được áp dụng thành công để sản xuất dầu cannabidiol toàn phổ, nhờ đó bảo đảm hiệu ứng cộng hưởng của nhiều hợp chất khác nhau.
Xâm thực siêu âm trong chiết xuất
Khi sóng siêu âm công suất cao được đưa vào chất lỏng, các chu kỳ nén và giãn (loãng) xảy ra trong chất lỏng. Trong giai đoạn giãn, các khoảng rỗng, hay còn gọi là bọt xâm thực, được tạo ra trong chất lỏng. Những bọt xâm thực này là các bọt chân không cực nhỏ, xuất hiện khi áp suất âm tác động, vượt quá độ bền kéo cục bộ của chất lỏng. Các bọt chân không lớn dần qua nhiều chu kỳ nén / giãn cho đến khi không thể hấp thụ thêm năng lượng và bọt xâm thực sụp đổ vào trong. Hiện tượng này được gọi là xâm thực. Theo nghiên cứu của Giáo sư Suslick (1990), bên trong bọt xâm thực tồn tại những điều kiện cực đoan với nhiệt độ lên đến 5000 K, áp suất 1000 át-mốt-phe, tốc độ gia nhiệt–làm nguội trên 1010 K/s và các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m/s, biểu hiện thành lực cắt rất lớn và dòng chảy rối trong vùng xâm thực. Sự kết hợp của các yếu tố này (áp suất, nhiệt, lực cắt và dòng chảy rối) được sử dụng để đẩy nhanh quá trình truyền khối trong chiết xuất. Ngoài ra, những điều kiện xuất hiện cục bộ này cũng được sử dụng trong các quá trình siêu âm như đồng hóa, nhũ hóa hoặc phân tán.
Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm và các lực cắt thủy động lực học của hiện tượng này
Chiết xuất terpene bằng siêu âm
Nguyên lý chiết xuất bằng siêu âm dựa trên hai hiệu ứng được tạo ra khi sóng siêu âm công suất cao được truyền vào chất lỏng hoặc huyền phù:
Thứ nhất, dung môi (môi trường lỏng xung quanh) được đẩy vào nền tế bào. Tùy thuộc vào biên độ và cường độ xâm thực, thành tế bào bị đục thủng hoặc phá vỡ do áp suất chất lỏng.
Thứ hai, trong chu kỳ giãn, các thành phần bên trong tế bào (tức là vật chất nội bào) được cuốn ra khỏi tế bào. Sau khi chiết xuất bằng siêu âm, các hợp chất mục tiêu nằm trong dung môi và có thể được tách khỏi dung môi (ví dụ bằng cách làm bay hơi dung môi), để cuối cùng thu được dịch chiết tinh khiết.
Thành phần của nguyên liệu thô (chẳng hạn độ ẩm, mức độ ngâm chiết / nghiền và kích thước hạt) cùng dung môi được lựa chọn là những yếu tố rất quan trọng để có được một quá trình chiết xuất bằng siêu âm hiệu quả và đạt hiệu suất cao. Các thông số của quá trình siêu âm cũng rất thiết yếu: biên độ, áp suất, nhiệt độ và thời gian xử lý siêu âm phải được xác lập và tối ưu hóa để đạt kết quả tốt nhất.